Question

2010年8月，我國自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍?zhí)枴鄙詈］d人潛水器（如圖19）3000m級海試取得成功，最大下潛深度達(dá)到3759m．這標(biāo)志著我國成為繼美、法、俄、日之后的第五個(gè)掌握3500m以上大深度載人深潛技術(shù)的國家．同年11月，“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器技術(shù)改進(jìn)及5000～7000m海試課題實(shí)施方案在無錫通過專家認(rèn)證．“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的總體積約為84m³．
請你解答下列問題：（ρ_海水=1.03×10³kg/m³，g取10N/kg）
（1）“蛟龍?zhí)枴睗撍�器在上浮或下潛的過程中，體積幾乎不發(fā)生改變．當(dāng)它浸沒在海水中繼續(xù)下潛時(shí)，它受到的壓強(qiáng)將______，受到的浮力將______（選填“不斷變大”、“不斷變小”或“保持不變”）．據(jù)此可以猜想：“蛟龍?zhí)枴睗撍�器主要是通過______來實(shí)現(xiàn)上浮或下潛的．
（2）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器下潛到3000m深處時(shí)，載人艙表面0.2m²的面積上將承受海水多大的壓力？
（3）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器懸浮于海水中時(shí)，它所受到的浮力是多大？此時(shí)它的總質(zhì)量是多少？

Answer 1

解：（1）①“蛟龍”號(hào)深海載人潛水器下潛的過程中，排開水的體積V_排不變，
∵F_浮=ρ_海水gV_排，水的密度ρ_水不變，
∴受到的浮力不變；
∵P=ρ_海水gh，潛水器所處深度h增大，
∴受到的壓強(qiáng)變大．
②把壓縮空氣壓入潛水器的壓力艙，將海水排出，潛水器自重G減小，當(dāng)F_浮＞G時(shí)，潛水器上��；
打開壓力艙的閥門，讓海水進(jìn)入壓力艙內(nèi)，潛水器自重G增大，當(dāng)F_浮＜G時(shí)，潛水器下沉；
當(dāng)F_浮=G時(shí)，潛水器懸浮，可以停留在任何深度；
由此可見，潛水器能夠上浮和下沉是通過改變自重來實(shí)現(xiàn)的．
（2）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器下潛到3000m深處時(shí)，海水產(chǎn)生的壓強(qiáng)：
P=ρ_水gh=1.03×10³kg/m³×10N/kg×3000m=3.09×10⁷Pa；
∵P=
∴載人艙表面0.2m²的面積上將承受海水多大的壓力：
F=PS=3.09×10⁷Pa×0.2m²=6.18×10⁶N；
（3）“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的總體積約為84m³，潛水器懸浮于海水中時(shí)，它所受到的浮力是：
F_浮=ρ_海水gV_排=1.03×10³kg/m³×10N/kg×84m³=8.652×10⁵N，
因?yàn)閼腋。�所以潛水器的總重力等于浮力，即G=F_浮=8.652×10⁵N，
∵G=mg，
∴潛水器的總質(zhì)量：
m===8.652×10⁴kg
故答案為：（1）不斷變大；保持不變；改變自身重力；
（2）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器下潛到3000m深處時(shí)，載人艙表面0.2m²的面積上將承受壓力為6.18×10⁶N；
（3）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器懸浮于海水中時(shí)，它所受到的浮力是8.652×10⁵N；此時(shí)它的總質(zhì)量是8.652×10⁴kg．
分析：（1）①液體的壓強(qiáng)與深度有關(guān)，深度越大，壓強(qiáng)越大；
②“蛟龍”號(hào)深海載人潛水器全部潛入海中下潛過程中，排開的水的體積不變，根據(jù)阿基米德原理判斷受到的浮力大小變化；
③潛水器浸沒在水中無論是上浮還是下沉，潛水器的體積不變（排開水的體積不變），受浮力不變；通過讓海水進(jìn)、出壓力艙改變潛水器受到的重力，實(shí)現(xiàn)上浮或下沉的．
（2）根據(jù)液體壓強(qiáng)計(jì)算公式P=ρ_水gh計(jì)算出3000m深處產(chǎn)生的壓強(qiáng)，再根據(jù)F=PS計(jì)算出載人艙表面承受的壓力；
（3）當(dāng)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器懸浮于海水中時(shí)，排開的水的體積等于它自身的體積，根據(jù)F_浮=ρ_水gV_排就可以計(jì)算出它受到的浮力；由于懸浮，浮力等于重力，據(jù)此計(jì)算出質(zhì)量．
點(diǎn)評：（1）考查了學(xué)生對液體壓強(qiáng)公式、阿基米德原理和物體浮沉條件的掌握和運(yùn)用，知道潛水器自身體積不變（排開水的體積不變、受浮力不變）是本題的關(guān)鍵．
（2）熟練掌握壓強(qiáng)和浮力的計(jì)算公式是解決計(jì)算部分的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)計(jì)算過程中要認(rèn)真仔細(xì)．